Wegen unvollständiger Fossilienfunde - oft nur Kieferreste - wurde die stammesgeschichtliche Herkunft der Chinchillas und die der stachelschweinverwandten Nager lange diskutiert. Inzwischen ist allgemein anerkannt, dass die Chinchillas auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückgehen: Megamys, der etwa so groß wie eine Kuh gewesen sein soll.

Er zählt zu einer fossilen Familie südamerikanischer Nager, den Dinomyiden, die vor 24 Millionen Jahren im Jung-Tertiär (Neogen) auftraten. Zu ihr gehören etwa 50 Arten. Die Tiere waren Riesenformen, die mit Abstand größten Nager.

Man geht davon aus, dass die Chinchillas immer schon in den heutigen Gebieten lebten. Es erscheint schwer, sich Tiere vom Größenausmaß einer Kuh in den trockenen Gebirgszügen der Anden beim Grasen vorzustellen. Doch für diese Nagerfamilie ist das nicht ungewöhnlich. Ein Vertreter, Phoberomys pattersoni, soll 3 Meter lang und 1,30 Meter hoch gewesen sein. Beim jüngsten Fund aus der Eiszeit (Pliozän), erst 2008 entdeckt, handelt es sich um einen mäuseartigen Nager, der etwa eine Tonne wog.

Die Dinomyiden starben mit dem Ende des Tertiärs vor 1,8 Millionen Jahren aus. Einzig heute lebender Vertreter ist das Pakanara.